智慧規劃設計系統研究

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一、引言

作為數據主要來源之一的城市規劃設計，應當具有三維可視化效果和相應的專業屬性信息。我國的《城市設計管理辦法》中明確提出：要加強新技術的應用，鼓勵城市、縣人民政府城鄉規劃主管部門，充分利用三維仿真技術、BIM等新技術開展城市設計工作。本文在分析我國城市設計信息化軟件的發展現狀后，以實現城市設計的智能化、立體化、專業化為目標，研究集三維建模、三維仿真、審核分析于一體的智慧規劃設計系統，為城市設計工作提供科學高效的實用工具。

二、城市設計信息化軟件發展現狀

目前，國內公司研發的三維圖形規劃設計軟件多以展示功能為主，長期以來，我國的城市規劃設計一直依賴于國外軟件，采用美國軟件AutoCAD繪制二維平面，以Photoshop、3DSMAX、MAYA等軟件做效果圖。這些軟件大都是通用的圖形展示和三維建模平臺，在綜合應用方面存在諸多缺陷。首先，在各個軟件中完成的設計成果相對獨立，存在數據格式不兼容或轉換困難等問題，使得設計成果之間信息無法共享。其次，所有軟件均為通用產品，不具有或具有很少的專業屬性，不能很好地融合我國城市設計領域相關的專業標準規范。最后，在城市設計中，以平面二維設計為主，三維造型僅為出效果圖而作，大量的經濟技術指標和實際建成效果沒有準確的三維數據作基礎，無法進行全面分析，在方案設計中，無法實現空間與屬性數據在設計過程中的實時互動，無法形成直觀生動的仿真場景。面對城市規劃設計發展的新形勢，迫切需要運用先進的技術研發新的三維設計系統，該系統應融合國家關于城市設計的標準規范，包含豐富的模型庫，具有強大靈活的三維造型功能，設計過程可實現數圖智能聯動、渲染即時動態，設計成果實景仿真，使規劃設計走向三維智能化，提升規劃設計的效率和質量。

三、智慧規劃設計系統總體架構設計

智慧規劃設計系統秉承直觀、生動、真實、所見即所得的三維規劃設計理念，將三維技術與建筑規劃專業結合，順應了城市設計和方案研究的發展趨勢，是對現有城市設計信息化軟件的有益創新。在關鍵技術方面，主要運用CAD/三維模型雙向轉換引擎、三維模型/GIS雙向轉換引擎、三維建筑自由造型、大場景三維渲染顯示技術等；在業務方面，主要研究動態規劃指標計算、三維狀態下快速日照分析、規劃約束控制分析、規劃方案動態虛擬現實仿真等應用功能。在此基礎上采用海量數據管理技術，探索數字虛擬城市的建設。在上述思想指導下，智慧規劃設計系統在三維基礎圖形繪制、數據模型轉換引擎、規劃指標動態計算、規劃方案輔助分析決策、城市規劃方案三維仿真等方面進行研究與開發。該系統總體結構采用層次化設計思想，能夠實現不同層次間的相互獨立性，保障系統的高度穩定性、實用性和可擴展性。該系統主要由基礎支撐層、平臺層和應用層三部分構成：

四、智慧規劃設計系統功能模塊設計

1、三維建模

系統提供功能強大的轉換工具，能夠快速將平面圖形轉換為三維模型。軟件可通過對整張DWG圖紙直接導入、復制局部圖素粘貼到繪圖區域以及在繪圖區域中直接繪制源實體等方式，從DWG圖紙中獲取設計方案的“源實體”，完成源實體創建后，即可通過定義、繪制、圖庫引用和圖類轉換四種方式快速將平面圖形轉換為三維空間中的專業實體。此時，平面圖紙中各類實體的屬性也得以保留并準確轉換到三維空間中，隨著建筑的拉伸轉換，相關的屬性和指標將實時顯示在窗口中，實現了圖形和屬性相互關聯、即時互動。提供各類常規的三維造型手法，用戶可對建筑形體自由地進行動態拉伸、任意角度切割、轉角弧化等，可拼接塑造帶屬性的建筑，支持復雜造型的設計，對于架空、錯層和變化性質等樓層構成均設置了簡單易用的操作手法，所有造型均可高效率、高質量完成，三維建模定義過程快捷、簡單、形象。

2、三維仿真

三維建模完成之后，通過三維仿真功能，可對方案的設計成果進行進一步渲染處理，使設計方案更逼真、生動。根據建筑行業的實際需求，系統針對建筑的外觀，提供了豐富的材質庫，用戶可方便地進行材質刷貼，具有圖片刷貼、紋理刷貼、涂料粉刷、紋理參數設置、紋理替換、材質模仿、建筑仿膚等功能。針對方案的細節，提供光暈、燈光、玻效、霧化、水效等功能，用戶可設置方案的光影效果、各類實體效果，模擬自然環境中的真實狀態。針對方案的展示匯報，提供三維場景漫游功能，用戶可制作視頻集錦，進行視頻輸出，便于方案展示，此外還可以把仿真場景渲染成高精度的效果圖。

3、審核分析

針對轉換后的小區模型，系統提供了定性查詢瀏覽、定量指標審核、規范檢測、日照分析和失誤檢測等功能，審批人員可以進行全方位的方案審核，并可根據需要輸出各類統計分析圖表。定性審核：包含查詢瀏覽、圖類控制、分類查詢和透明對比等功能。定量審核：包含指標屬性、用地平衡、經濟指標、建筑屬性等功能。規范檢測：包含紅線檢測、綠地檢測、間距檢測、車位檢測等功能。日照分析：包含動態位移、動態拉伸、等時線等分析功能，極大地方便了審批人員對日照時數的檢測和方案動態調整。失誤檢測：檢測分析設計失誤等原因造成的錯誤重疊，杜絕因此而導致的虛假指標現象。

五、未來技術展望

1、實現與三維城市的對接

近年來，許多先進的技術已經運用到城市規劃與管理的方方面面，一些城市利用三維技術與VR技術建立起了三維城市。三維城市直觀呈現了城市的現狀面貌，隨著時代的發展，我國的政府部門和民眾對城市設計越來越重視，希望能從整體平面和立體空間上統籌城市建筑布局，協調城市景觀風貌。當下我國的城市建設中，經常會出現一些遭人詬病的建筑，這些建筑與城市的整體環境格格不入，破壞了城市設計的整體美感，這些多是因為在城市設計過程中沒有處理好局部與整體的關系造成的。所以未來的城市設計在做好微觀設計的同時，還應著眼于城市規劃與建設的全局，我們可以把某一棟、某一地塊的建筑設計置于三維城市的宏觀大場景中，從體量、色彩與周圍建筑的協調度以及各項專業的指標等角度，綜合衡量設計方案的合理性。智慧規劃設計系統與三維城市的對接能夠實現從微觀和宏觀層面對城市設計與規劃的綜合考量，有利于保持城市建筑的協調性、風貌的整體性，促進城市建設的和諧發展。

2、兼顧地上、地下空間，實現一體化設計與管理

如果說建筑、道路等地上空間是城市建設的“面子”，那城市的地下管線就是城市的“里子”，城市由地上空間與地下空間共同組成，城市的設計與規劃也應同時兼顧城市的面子和里子，不能只注重城市的“面子工程”。近年來，我國城市的內澇現象較為嚴重且普遍存在，城市的地下管線猶如城市的“血管”，它應保持通暢，才能保證城市的正常運轉。我們現在提倡的建設海綿城市和綜合管廊，都在努力為城市的地下管線減壓，促進城市地下管線建設的科學性與合理性。所以未來的城市設計在做好地上設計的同時，還要更加關注地下管線的設計與規劃，從局部做好了地下管線的科學設計與建設，有利于達到城市地下管線全局建設合理性的目標。城市的地上和地下作為不可分割的整體，需要運用先進的技術手段，促進兩者共同協調發展，實現地上、地下一體化設計與管理。

六、結語

城市設計作為城市建設重要的前期階段，需要經過綜合考量，科學決策，因而運用先進的技術手段來進行城市設計與輔助決策是尤為必要的，智慧規劃設計系統的研究與實現將為城市設計提供嚴謹、科學的設計和分析工具，實現對設計方案的建模、造型、仿真、審核分析的一體化管理。大力建設智慧城市的今天，需要緊隨時展的脈搏，加強對先進技術的探索和運用，不斷改進和完善城市設計的方法、手段，促進實現數字化、智慧化的城市設計與管理。

作者:許利峰 李美華 丁偉 單位:住房和城鄉建設部科技發展促進中心 洛陽眾智軟件科技股份有限公司

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